احمد شکیبایی نیا
-
برهم کنش میان سیلاب سطحی و جریان خروجی سامانه زهکشی، منبع مهمی از عدم قطعیت در مدل سازی های سیلاب شهری است. در پژوهش حاضر از روش هیدرودینامیک ذرات هموار با تراکم پذیری ضعیف برای مدل سازی جریان خروجی از سامانه زهکشی با در نظر گرفتن اثر برهم کنش آن با سیلاب سطحی استفاده شد. برای انجام مدل سازی، شرایط مرزی باز جدیدی تعریف شد. نخست، مسیله آزمایشی انتشار شکست سد بر بستر مرطوب مدل سازی و نتایج عددی حاصل با داده های آزمایشگاهی مقایسه شد. بررسی ها نشان داد که میانگین خطای مدل عددی حدود 2% و حداکثر خطای آن کم تر از 4% است. سپس برای کنترل کارایی شرایط مرزی باز تعریف شده، به بررسی مسیله تزریق جت به مخزن آب پرداخته شد. مشاهده شد که نتایج مدل عددی هماهنگی خوبی با داده های آزمایشگاهی دارد. در نهایت مسیله جریان ورودی از کف و برهمکنش آن با جریان ناشی از شکست سد مدل سازی شد و به تفسیر و مقایسه نتایج آن با مدل عددی حجم سیال پرداخته شد. به طور کلی نتایج نشان داد که مدل عددی توسعه داده شده از دقت قابل قبولی در شبیه سازی جریان های پیچیده برخوردار است.کلید واژگان: بر هم کنش امواج, جریان ورودی, شرایط مرزی باز, معادلات ناویر-استوکسThe interaction between the surface flood and the drainage system’s outflow is an important source of uncertainty in urban flood modeling. In the present study, the Weakly Compressible Smoothed Particle Hydrodynamics method was used to model the outflow from the drainage system, considering the effect of its interaction with the surface flood. To perform modeling, a new open boundary condition was defined. First, an experimental problem of dam-break propagation over a wet bed was modeled and the numerical results were compared with the experimental data. Investigations showed that the average error of the numerical model is about 2% and its maximum error is less than 4%. Then, to control the efficiency of the defined open boundary conditions, a problem of jet injection into the water tank was investigated. It was observed that the results of the numerical model are in good agreement with the experimental data. Finally, the problem of the inflow from the bottom and its interaction with the flow caused by the dam break was modeled and its results were interpreted and compared with a volume of the fluid numerical model. In general, the results showed that the developed numerical model has an acceptable accuracy in simulating complex flows.Keywords: Inflow, Navier-Stokes equations, Open boundary conditions, Wave interaction
-
حرکت سریع رسوبات که معمولا توسط جریان بسیار فرسایشی و گذرا در محیطهای رودخانهای و ساحلی القا میشود، بسیاری از مشکلات ژیومورفولوژی و مهندسی را ایجاد میکند. شکست سد با بستر متحرک، رانش زمین زیردریا، فلاشینگ رسوب در مخازن تنها نمونه های کوچکی از این مشکلات هستند. مطالعه امواج ناشی از لغزش، باتوجه به دخالت چندین پدیده فیزیکی پیچیده مانند اثر متقابل لغزش-آب، آشفتگی و پروفیل های سطح آزاد پیچیده، چالش برانگیز است. در سالهای اخیر، افزایش اثر خطرات رانشزمین روی زندگی بشر در سراسر جهان، نیاز به یافتن تکنیک های اقتصادی و قابل قبول برای پیش بینی وقوع و قدرت تخریب رانش زمینها را افزایش داده است. باتوجه به اهمیت موضوع، هدف از انجام تحقیق حاضر، تهیه و توسعه یک مدل ریاضی مناسب برای شبیه سازی پدیده رانش زمین به روش لاگرانژی میباشد. باتوجه به توانایی روش لاگرانژی MPS، این روش برای شبیه سازی پدیده رانش زمین توسعه داده شده و سیستم به صورت چند خصوصیتی (شامل چگالی و لزجت) در نظر گرفته میشود. نتایج حاصل از مدلسازی عددی مطالعه حاضر جهت بررسی امواج ناشی از رانش جسم صلب و توده رسوبی تغییرشکل پذیر با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و میزان خطای آن محاسبه شده است. نتایج حاصل بیانگر دقت روش عددی موردنظر در مدلسازی رانشزمین در حالت صلب و تغییرشکلپذیر میباشد.
کلید واژگان: مدل سازی رانش زمین, روش نیمه ضمنی ذرات متحرک با تراکم پذیری کم (WC-MPS), امواج ناشی از رانش زمین, مدل رئولوژیکی μ(I)The rapid movement of sediments, which is often induced by a very erosive and transient flow in rivers and rivers, causes a lot of geomorphology and engineering problems. Failure of the dam with a moving bed, submerged landslide, sedimentation flushing in reservoirs are just a few examples of these problems. The study of waves is challenging due to the interference of several complex physical phenomena, such as the interaction of slide-water, turbulence and complex free-surface profiles. In recent years, the increased impact of earthquake hazards on human life around the world has increased the need to find economically acceptable methods for predicting the occurrence and degradation of landslide. Considering the importance of the subject, the purpose of this research is to provide and develop an appropriate mathematical model for simulating the landslide phenomenon by Lagrangian method. Due to the ability of the Lagrange method (MPS), this method is developed to simulate the phenomenon of landslide, and the system is considered as a multidensity and multiviscosity. The results of this numerical modeling have been compared with experimental results. The results indicate the accuracy of the proposed numerical method in modeling the landslide in a rigid and deformable state.
Keywords: Landslide, Moving-particle semi-implicit method by weakly compressible (WC-MPS), Water-Waves induced by landslides, μ(I) rheology model -
رانش زمین پدیده طبیعی پیچیده ای است که معمولا در نزدیکی کوه ها، اقیانوس ها، خلیج ها و مخازن به وقوع می پیوندد. در سال های اخیر، افزایش اثر خطرات رانش زمین روی زندگی بشر در سراسر جهان، نیاز به یافتن روش های اقتصادی و قابل قبول برای پیش بینی وقوع و قدرت تخریب رانش زمین ها را افزایش داده است. تلفات انسانی در اثر رانش زمین در کشورهای درحال توسعه بیشتر بوده، درحالی که زیان های اقتصادی در کشورهای توسعه یافته شدیدتر است. پیچیدگی های پدیده رانش زمین (به ویژه در زیر آب) که شامل جریان چندفازی همراه با تغییرشکلهای بزرگ می شود، مدلسازی عددی این پدیده را با روشهای موجود شبکه مبنا مشکل می سازد. به همین دلیل، هدف از انجام تحقیق حاضر، تهیه و توسعه یک مدل عددی بدون شبکه برای شبیه سازی پدیده رانش زمین می باشد. روش های لاگرانژی بدون شبکه، ازجمله روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) و روش نیمه ضمنی ذرات متحرک (MPS)، امکان مدل سازی عددی جریان و رسوب را در شرایطی که تغییرشکل های بزرگ و یا گسستگی در مرزها وجود دارد، فراهم می سازد. در این تحقیق، از روش لاگرانژی MPS برای شبیه سازی پدیده رانش زمین با جریان دوفازی استفاده شده است. فاز رسوب به صورت سیال غیرنیوتنی (ویسکو-پلاستیک) و به کمک مدل رئولوژی μ(I) به مدل معرفی گردیده است. مدل توسعه داده شده برای رانش مستغرق صلب و رسوبی صحت سنجی و ارزیابی شده و نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی و عددی موجود مقایسه گردید. پروفیل سطح آب و سطح رسوب بهدست آمده از این مدل عددی توافق خوبی با نتایج موجود نشان می دهد، به گونه ای که میزان خطای RMSE محاسبه شده در پیش بینی پروفیل سطح آب و رسوب در مدل عددی مطالعه حاضر نسبت به مدلهای عددی مقایسه شده دیگر کمتر می باشد.کلید واژگان: رانش زمین, روش نیمه ضمنی ذرات متحرک با تراکم ضعیف (WC, MPS), مدل دوفازی آب و رسوب, مدل رئولوژی ?(I)Landslides are complex phenomena that commonly occur in mountains, oceans, bays, and reservoirs. Considering their economic and life consequences in recent years, it is necessary to find effective methods for prediction of landslides and their destructive effects. Landslide is a complicated phenomenon (especially under water), which involves a highly-reformative multiphase flow of granular materials. Considering the restrictions of the traditional mesh-based numerical models in the modeling of large deformations and the discontinuities, meshless Lagrangian (particle) methods can be the effective alternatives for simulation of landslides. The meshless Lagrangian methods such as Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) and Moving Particle Semi-implicit Method (MPS) provide the opportunity to model the deformations and fragmentation in sediment flow. In this research, an MPS meshless Lagrangian model has been developed for modeling of rigid and deformable landslides. In this model, the solid phase is considered as a non- Newtonian visco-plastic fluid, whose behavior is predicted using the µ (I) rheological model. The model has been validated and evaluated in comparison with the available experimental and numerical data. The water surface and the sediment profile obtained from numerical model shows a good compatibility with the experiments. The RMSE value in predicting the numerical water surface and sediment profiles of current study found to be lower compared to the other numerical methods.Keywords: Landslide, Moving-particle Semi-implicit method by weakly compressible (WC-MPS), Two-phase model of water, sediment, ? (I) rheology model
-
حرکت سریع رسوبات، می تواند منجر به جریان های بسیار مخرب و گذرا در محیط های رودخانه ای و ساحلی ناشی شود که بسیاری از مسائل ژئومورفولوژی و مهندسی با آن مواجه می شوند. شکست سد بر بستر فرسایش پذیر، زمین لغزش زیر دریا، ریزش دیواره رودخانه ها و خروج رسوبات از مخازن تنها چند نمونه از این مسائل هستند. پیش بینی دقیق پیچیدگی ها در سیستم آب -رسوب (یک سیستم جریان دانه ای متراکم چند فازی) هنوز یک چالش عمده برای مدل های مبتنی بر شبکه است. با توجه به توانایی روش های لاگرانژی بدون شبکه در مدل سازی تغییر شکل های بزرگ و ناپیوستگی ها، روش های لاگرانژی بدون شبکه می توانند یک فرصت منحصر به فرد برای مقابله با چنین پیچیدگی فراهم کنند. هدف از این تحقیق توسعه مدل لاگرانژی نیمه ضمنی ذرات متحرک با تراکم ضعیف (WC-MPS) برای شبیه سازی انتقال سریع رسوبات غیر چسبنده است. مواد دانه ای به صورت یک سیال غیر نیوتنی و ویسکو پلاستیک در نظر گرفته شده است. برای پیش بینی رفتار غیر نیوتنی فاز دانه ای، از مدل رئولوژیکی هرشل بالکی استفاده گردیده است که با استفاده از مدل نمایی توسعه داده شده است. روش MPSبا برخی نوسانات غیرفیزیکی فشار همراه است. چنین نوساناتی (هر چند کوچک) می توانند سبب ایجاد برخی ارتعاشات غیرفیزیکی شده و آستانه تسلیم جریان های دانه ای را تحت تاثیر قرار دهند. استفاده از فشار دینامیکی به جای فشار استاتیکی می تواند به تثبیت نوسانات فشار نیز کمک نماید. در برخی از مطالعات اخیر در مورد روش های MPS و SPH استفاده از فشار هیدرواستاتیک برای مواردی که شتاب قائم ناچیز باشد، پیشنهاد شده است. در مواردی که شتاب عمودی غیر قابل اغماض است، فشار هیدرواستاتیک کاربردی نمی باشد. لذا در این پژوهش، با بکارگیری فشار ترمودینامیکی هموار شده، به جای فشار هیدرو استاتیکی، به توسعه و بهبود این مدل در شبیه سازی جریان های دانه ای پرداخته شده است. در این مقاله، فروپاشی توده رسوب خشک و همچنین شکست سد بر روی بستر فرسایش پذیر با استفاده از مدل لاگرانژی بدون شبکه MPS مدل سازی گردیده است و با نتایج مدل آزمایشگاهی مقایسه شده است. بررسی ها نشان می دهد که فرایندهای مرتبط با رسوب به خوبی توسط روش های لاگرانژی قابل مدل سازی بوده و نتایج عددی با اندازه گیری های آزمایشگاهی تطابق بسیار خوبی را نشان می دهد.کلید واژگان: روش نیمه ضمنی درات متحرک (MPS), مدل چند فازی, مدل هرشل بالکی نمایی, جریان دانه ایRapid sediment motion, which is usually induced by highly erosive and transient flow (e.g. in rivers), is commonly encountered in hydro-environmental problems. Dam-break flow on erodible bed, landslide, failure of river banks and reservoir sediment flushing are few examples of these problems. Accurate prediction of the complexities involved in this water-sediment two-phase system (a multiphase granular flow) is challenging for many conventional mesh-based models. Due to their ability to handle the fragmentation and deformations of interfaces, the mesh-free particle/Lagrangian methods provide a unique opportunity to handle such complexities. The objective of this paper is to develop and implement a multiphase mesh-free model, based on Moving Particle Semi-Implicit (MPS) method, for simulation of rapid sediments transport. The model considers the sediment material as a non-Newtonian viscoplastic fluid whose behaviors is predicted using an exponentially-regularized Herschel-Bulkley (H-B) rheological model. MPS method has some fluctuations non-physical pressure associated. Such fluctuations (though small) can induce some non-physical vibrations and yield criteria for granular flows will be affected. In some recent SPH and MPS studies the use of hydrostatic pressure have been proposed for cases where vertical accelerations are negligible. In cases with significant vertical acceleration, the hydrostatic pressure is not applicable. In this study, by using a smoothed thermodynamic pressure instead of hydrostatic pressure, an improved granular flow simulation is achieved. Two test cases including: dry sediment collapse and mobile-bed dam-break are modeled and compared with experimental results. Results show that sedimentation processes are well-reproduced by the developed model and numerical results show good agreement with laboratory measurements.Keywords: Moving Particle Semi-Implicit (MPS), Multiphase Model, Exponentially-regularized Herschel-Bulkley (H-B) rheological model, Granular flow
-
روش های بدون شبکه (لاگرانژی) مانند روش نیمه ضمنی ذرات متحرک (MPS) و هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH)، جدیدترین نسل از این روش ها در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی می باشند که توجه محققین را در مسائل کاربردی که در آنها تغییرشکل های بزرگ و ناپیوستگی جریان وجود دارد، به خود جلب کرده-است. هدف از این پژوهش، توسعه و بهبود شبیه سازی جریان های با سطح آزاد با استفاده از مدل جدید نیمه ضمنی ذرات متحرک با تراکم پذیری ضعیف (WC-MPS) میباشد. در روشMPS، مقدار فشار با حل معادله پواسون تعیین می شود. حل این معادله نیز به صورت ضمنی انجام می گیرد، که مستلزم صرف زمان زیاد برای رایانه است. در مطالعه حاضر، از WC-MPS برای محاسبه فشار استفاده شده است. در این روش، از معادله حالت، مشابه روش SPH، بهره گرفته شده است. این معادله به صورت صریح حل می شود و وقت زیادی از رایانه را اشغال نمی کند. به منظور ارزیابی روش و مدل پیشنهادی، مسئله شناخته شده و پرکاربرد جریان ناشی از شکست یک سد مورد بررسی قرار گرفته است. برنامه نویسی به زبان C انجام شد و آزمایش های صحت سنجی در خصوص کد نوشته شده صورت گرفت. برای مقایسه رویکرد لاگرانژی با رویکرد اویلری، شکست سد توسط نرم افزار FLOW-3D نیز مدل سازی گردیده است. نتایج بررسی ها و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که هر دو رویکرد دارای دقت قابل قبولی در مدل سازی جریان با سطح آزاد می باشند. لیکن دقت رویکرد لاگرانژی، به ویژه روش WC-MPS ارائه شده، نسبت به رویکرد اویلری بیشتر است. روش پیشنهادی دارای نوسانات فشار بوده و در ادامه راهکارهای کاهش این نوسانات بررسی گردیده است.
کلید واژگان: روش لاگرانژی, روش اویلری, روش نیمه ضمنی ذرات متحرک, جریان با سطح آزاد, شکست سدMesh-free particle (Lagrangian) methods، such as moving-particle semi-implicit (MPS) and smoothed particle hydrodynamics (SPH)، are the newest methods in computational fluid dynamics، which have been applied in flow problems with large deformations and inconsistency. The aim of ths research was to develop and improve the simulation of free surface flows، using the new method of weakly compressible MPS (WC-MPS). In the MPS method، pressure is determined by solving Poisson equation. This equation is solved implicitly، which needs too much computer time. In the present research، the WC-MPS method is used to calculate pressure. In this method، as in SPH method، the state equation is used. This equation is solved explicitly، which does not occupy too much computer time. To evaluate the proposed method، the famous applied flow problem of dam break is analyzed. The program is written in C language and validations are performed for this code. To compare the Lagrangian approach with Eulerian approach، dam break is modeled by using FLOW-3D software too. The results of modeling approaches and physical models showed that both approaches have acceptable accuracy in modeling the free surface flow، but the accuracy of Lagrangian approach، especially the WC-MPS، is more than Eulerian approach. The proposed methos had some pressure oscillations، which were analyzed thereafter. Simulation of free surface flows using Weakly compressible moving-particle semi-implicit methodMesh-free particle (Lagrangian) methods، such as moving-particle semi-implicit (MPS) and smoothed particle hydrodynamics (SPH)، are the newest methods in computational fluid dynamics، which have been applied in flow problems with large deformations and inconsistency. The aim of ths research was to develop and improve the simulation of free surface flows، using the new method of weakly compressible MPS (WC-MPS). In the MPS method، pressure is determined by solving Poisson equation. This equation is solved implicitly، which needs too much computer time. In the present research، the WC-MPS method is used to calculate pressure. In this method، as in SPH method، the state equation is used. This equation is solved explicitly، which does not occupy too much computer time. To evaluate the proposed method، the famous applied flow problem of dam break is analyzed. The program is written in C language and validations are performed for this code. To compare the Lagrangian approach with Eulerian approach، dam break is modeled by using FLOW-3D software too. The results of modeling approaches and physical models showed that both approaches have acceptable accuracy in modeling the free surface flow، but the accuracy of Lagrangian approach، especially the WC-MPS، is more than Eulerian approach. The proposed methos had some pressure oscillations، which were analyzed thereafter. Simulation of free surface flows using Weakly compressible moving-particle semi-implicit methodKeywords: Lagrangian Approach, Eulerian Approach, moving, particle semi, implicit method, Free Surface Flow, Dam Break -
روش های نیمه ضمنی ذرات متحرک (MPS) و هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) از مشهورترین روش های ذرات بدون شبکه (لاگرانژی) هستند که توجه محققان را در مسائل کاربردی با تغییرشکل های بزرگ و ناپیوستگی جریان به خود جلب کرده اند. هدف از این پژوهش، توسعه و بهبود شبیه سازی جریان با مرزهای باز با استفاده از مدل جدید نیمه ضمنی ذرات متحرک با تراکم پذیری ضعیف (WCMPS) است. در بیشتر مطالعات انجام گرفته در زمینه روش های لاگرانژی، مدل های مورد نظر دارای شرایط مرزی بسته می باشند. لذا در این پژوهش، با به کارگیری روش بازیافت ذرات در مرزهای ورودی و خروجی، به توسعه و بهبود این مدل در شبیه سازی مدل های کاربردی با شرایط مرزی باز پرداخته شده و الگوریتم جدیدی برای شرایط مرزی ورودی و خروجی توسعه داده شده است. این الگوریتم نه تنها شرایط مرزهای ورودی و خروجی را بهبود می دهد، بلکه نوسانات فشار در مرزها را نیز کاهش می دهد. همچنین در این تحقیق برای پیش بینی بهتر سرعت در نزدیکی مرز، قانون لگاریتمی استاندارد دیوار برای ذرات سیال در مجاورت مرزهای جامد توسعه داده شده است. در ادامه، به منظور ارزیابی روش و مدل پیشنهادی برنامه نویسی شده با زبان C، مساله شناخته شده و پرکاربرد جریان روی بستر خمیده نامتقارن، و سرریز اوجی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسی ها و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که مدل پیشنهادی قابلیت و کارایی بالایی در مدل سازی جریان های با سطح آزاد با شرایط مرزی باز دارد.
کلید واژگان: جریان با سطح آزاد, روش نیمه ضمنی ذرات متحرک (MPS), تراکم پذیری ضعیف, روش بازیافت ذرات, شرایط مرزی بازMesh-free particle (Lagrangian) methods, such as moving-particle semi-implicit (MPS) and smoothed particle hydrodynamics (SPH), are the newest methods in computational fluid dynamics, which have been applied in flow problems with large deformations and inconsistency. The aim of this research was to develop and improve the simulation of open-boundary free-surface flows, using the new method of weakly compressible MPS (WC-MPS). Most studies in the field of Lagrangian models are concerned with closed boundary conditions. This study, introduces a comprehensive method for MPS modeling of cases with inflow and outflow boundaries. Inflow and outflow boundaries are considered and the boundary conditions and recycling of particles are prescribed. The algorithm not only improves the inlet and outlet boundary conditions, but also reduces the pressure fluctuations at boundaries. To evaluate the proposed method, the famous applied flow problem of ogee spillway and steady shallow flow over curved bed is analyzed. The program is written in C language and validations are performed for this code. Comparison of the results of proposed model and physical models showed acceptable accuracy in modeling the free surface flows with open boundary conditions.Keywords: Free surface flow, Moving, particle semi, implicit method, Weakly compressible, Recycling strategy, Open boundary conditions -
ارزیابی شبکه پایش موجود در رودخانه ها و تعیین ایستگاه های پایش اصلی و فرعی گامی مهم در بهبود کارآیی و بهنگامسازی شبکه های پایش میباشد. در این مطالعه با استفاده از تکنیکهای آنالیز مؤلفه های اصلی و آنالیز فاکتور، ایستگاه های پایش کیفی آب بخشی از رودخانه کارون ارزیابی شد. برای این منظور از بین ایستگاه های موجود، هشت ایستگاه انتخاب و با استفاده از داده های کیفی اندازهگیری شده در این ایستگاه ها از سال 1380 تا 1382، ایستگاه های اصلی و فرعی تعیین شدند. در نهایت با استفاده از تحلیل همبستگی، اعتبار نتایج به دست آمده از این دو روش مورد تایید قرار گرفت. بر اساس نتایج این تحقیق، میتوان یک ایستگاه (بند میزان) را از مجموع هشت ایستگاه مورد مطالعه به عنوان ایستگاه فرعی مشخص کرد. همچنین مطالعهای مشابه جهت تعیین متغیرهای کیفی اصلی از فرعی در این ایستگاه ها انجام گرفت که نتایج به دست آمده از فاکتور KMO، امکان استفاده از دو روش فوق جهت انجام این کار را تایید نکرد.
کلید واژگان: ارزیابی شبکه پایش کیفی, آنالیز مؤلفه های اصلی, آنالیز فاکتور, رودخانه کارون
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.